無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設計開題報告

1、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設計開題報 告吉林化工學院信息與控制工程學院畢業(yè)設計開題報告基于單片機的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設計Design of the Wireless Data Transmission System Based on ChipMicrocomputer學生學號：11510225學生姓名：高海昌專業(yè)班級：自動1102指導教師：李楠職 稱：講師起止日期：2015.03.222015.04.03吉林化工學院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學院信控學院畢業(yè)設計開題報告.課題來源及選題的目的和意義課題的來源：自擬課題溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著

2、密切的關系，并且隨著人們生活水平的提高， 人們對自己的生存環(huán)境越來越關注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都 有直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測及控制就非常有必要了。隨著生產(chǎn)的發(fā)展， 一個低成本和具有較高精度的溫度濕度測量儀在許多領域會代替人工操作，環(huán)境溫濕 度的檢測與調節(jié)儀器的設計和開發(fā)具有非常大的市場前景和實用價值。無線數(shù)據(jù)采集特別適用于復雜地形條件、高腐蝕性、建筑群、爆炸等場合，或者 被采集對象是運動、旋轉等情況。隨著數(shù)字電路和射頻電路制作工藝、低功耗電路、 高能電池、微電子技術及集成電路技術的進步，無線通信技術取得了飛速的發(fā)展，無 線通信的實現(xiàn)越來越容易，傳輸速度越來越快，可

3、靠性越來越高，并且逐漸達到可以 和有線網(wǎng)絡相媲美的水平。無線傳輸越來越多的被應用在工業(yè)及民用的數(shù)據(jù)采集上，解決了一些布線復雜、 甚至無法布線的情況。而無線傳輸介質采用的是電磁波，節(jié)省了架設電纜的所需的占 地和各種花費及其給其他建筑的建設帶來的不便，應用起來更加方便。在應用單片機 編解碼接口技術的無線通信系統(tǒng)中，采用多字節(jié)地址編碼，收發(fā)器的數(shù)量不受限制； 具有電路簡單、功耗小、體積小、成本低等優(yōu)點，非常便于使用，設施都很簡便適合 更換場合反復利用。.本課題所涉及的內容國內外研究現(xiàn)狀綜述近年來，國內外在濕度傳感器研發(fā)領域取得了長足進步，濕敏傳感器正從簡單的 濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方

4、向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度/溫度測 控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。然而濕敏元件是最簡單 的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點是在基片上 覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率 和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬 氧化物濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點是靈敏度高，主要 缺點是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的 高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏 電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電

5、容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。 濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便 于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產(chǎn)濕敏 電容的主要廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生吉林化工學院信控學院畢業(yè)設計開題報告產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，在55%RH時的電容量為180pF （典型值）。當相對 濕度從0變化到100%時，電容量的變化范圍是163pF-202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/C , 濕度滯后量為.5%,響應時間為5so除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質

6、 離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強 型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。進入二十一世紀，由于微電子技術和信號處理技術的進步，無線通信的實現(xiàn)越來 越方便，無線技術得到了很大的發(fā)展，深入了工業(yè)控制、民用通信和家居應用等各個 行業(yè)，相關技術和種類也有了長足的進步，并建立起一系列技術標準，目前的主要有: 衛(wèi)星技術、蜂窩技術和2.4G無線技術。衛(wèi)星技術由于成本高昂，目前還不是被廣泛 應用的技術。蜂窩技術由于被用于普遍使用的無線電話，發(fā)展非常迅猛，它提供語音 和數(shù)據(jù)的雙向通信，目前主要有GSM/GPRS/CDMA等。2.4G由于傳輸速率較快且功 耗很低，采用開放式網(wǎng)絡

7、協(xié)議，在價格上有絕對優(yōu)勢，所以在日常家居生活中得到了 廣泛的應用。無線通信系統(tǒng)總是傾向于采用更高的頻率（更短的波長），以取得更大的信息傳 輸容量。正是在這種原動力推動下，導致了無線電、電視、雷達和微波通信的產(chǎn)生， 現(xiàn)在也同樣推動了光通信技術的發(fā)展，光是頻率更高的無線電波，因此光通信是有特 殊意義的無線通信。自然界中的光波性質比較復雜，很難滿足通信要求.但是激光技 術的出現(xiàn)，使人們采用相干光源進行通信成為可能?，F(xiàn)代光纖的發(fā)明，將光通信推向 了新的高度。光纖通信以其極高的通信碼率得到了廣泛的應用，但與微波通信相比， 光纖通信是有線通信，缺乏一定的靈活性。無線激光通信以激光束作為信息載體，不 使用光

8、纖等有線信道的傳輸介質，直接在太空、大氣或水下傳輸，融合了微波通信和 光纖通信的優(yōu)點，早期的應用研究主要是在軍用和航天上，隨著各個單元技術的不斷 發(fā)展，近年來也已逐漸應用于商用的地面通信，并且各個單元技術仍在逐步完善和繼 續(xù)發(fā)展。無線激光通信正越來越受到各方面的重視。無線傳感器網(wǎng)絡是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集 成的前沿熱點研究領域。傳感器技術、微機電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡和無線通信等技術的進 步，推動了現(xiàn)代無線傳感器網(wǎng)絡的產(chǎn)生和發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡擴展了人們信息獲取 能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡連接在一起，在下一代網(wǎng)絡中將為人們提供 最直接、最有效、最真實的信息。無

9、線傳感器網(wǎng)絡能夠獲取客觀物理信息，具有十分 廣闊的應用前景，能應用于軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測、 搶險救災、危險區(qū)域遠程控制等領域。已經(jīng)引起了許多國家學術界和工業(yè)界的高度重 視，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術之一。吉林化工學院信控學院畢業(yè)設計開題報告2002年，美國Intel公司發(fā)布了 “基于微型傳感器網(wǎng)絡的新型計算發(fā)展規(guī)劃”。 今后，Intel將致力于微型傳感器網(wǎng)絡在預防醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至海底板塊 調查、行星探查等領域的應用。英國、日本、意大利等國家的一些大學和研究機構也 紛紛開展了該領域的研究工作。學術界的研究主要集中在傳感器網(wǎng)絡技術和通信協(xié)議 的

10、研究上，也開展了一些感知數(shù)據(jù)查詢處理技術的研究，取得了一些初步研究結果。國內研究機構如中科院、清華大學、國防科技大學、哈爾濱工業(yè)大學以及浙江大 學等學術團體對傳感器網(wǎng)絡進行了跟蹤研究。中國計算機學會青年計算機科技論壇于 2004年在北京召開了中國第一次關于 Wireless Sensor Network的專題報告會。討論了 WirelessSensor Network技術及其在中國的發(fā)展問題。毋庸置疑，跟蹤國外傳感器網(wǎng)絡技術的發(fā)展，并做出開創(chuàng)性的研究工作，對我們 國家國防現(xiàn)代化的發(fā)展也具有重要的意義。.本課題有待解決的主要關鍵技術問題(1)實現(xiàn)溫濕度自動檢測；(2)實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。.課題研究

11、的內容和實施方案(主要包括研究內容、擬采用的研究方法、 技術路線、預期成果、所采取方案的可行性分析等)設計一個基于單片機的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，完成溫、濕度的自動檢測、記錄、顯 示等功能。通過鍵盤可以設定上限報警值，當采集到的溫濕度值超出設定值時，發(fā)出 聲光報警提示操作人員進行必要的處理。目前CPU處理器種類繁多，我選用的是AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存 儲器(FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、 高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash 閃速存儲器，

12、128字節(jié)內部RAM , 32個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向 量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51 可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU的工作，但允許RAM ,定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方 式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件 復位。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密 度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由 于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯

13、片中，ATMEL的AT89C51是一種 高效微控制器，AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的 Zu 0吉林化工學院信控學院畢業(yè)設計開題報告無線模塊我選用的是nRF24L01, nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工 作于2.4GHz2.5GHzISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制 器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程 序進行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA, 接收時，工作電流只有12.3mA,多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié) 能設計更

14、方便。濕度傳感器我選用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準數(shù)字信 號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確 保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一 個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、 超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT11傳感器都在極為精確的 濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP內存中，傳感器內部在 檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易 快捷。超小的體積、極低的功耗、抗干擾強，使其成為各類應用甚

15、至最為苛刻的應用 場合的最佳選則。系統(tǒng)整體結構框圖如圖1所示：圖1整體結構框圖通過溫濕度傳感器對溫濕度進行數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送芯片發(fā)送出 去。同樣，接收端接收芯片將無線傳輸過來的數(shù)據(jù)接收，在通過液晶將接收到的數(shù)據(jù) 顯示出來，從而實現(xiàn)對溫濕度檢測、無線傳輸、以及顯示。預期成果：本系統(tǒng)的設計可以滿足對現(xiàn)場溫濕度的檢測、顯示、報警，同時，將采集到的數(shù)吉林化工學院信控學院畢業(yè)設計開題報告據(jù)進行無線傳輸.完成本課題的工作計劃及進度安排(包括文獻查閱、外文翻譯、開題報 告、方案設計與實現(xiàn)、計算與實驗、論文撰寫等)設計總共16周。具體安排如下：2015 03. 092015 03.20:調研、收

16、集資料(書籍和案例)、外文翻譯；2015 03. 222015 04. 03:撰寫開題報告；2015 04. 052015 04. 12:關鍵器件選取，熟悉關鍵器件性能；2015 04. 142015 05. 05:采用PROTEL軟件進行硬件原理圖設計，繪制軟件流程圖，完成畢業(yè)設計說明書第1章緒論部分；2015 05. 072015 06. 15:完成畢業(yè)設計說明書其余部分，撰寫小論文；2015 06. 172015 06. 26:完善畢業(yè)設計相關資料、裝訂與提交，準備答辯。.參考文獻(開題報告中參考文獻數(shù)量一般應在 812篇左右，建議其中，外文不少于3篇，學術期刊類文獻不少于5篇)1王小強

17、，歐陽駿,黃寧淋.無線傳感器網(wǎng)絡技術與實現(xiàn)M.北京:化學工業(yè)出版社,2 012.2陳貴銀，祝福.單片機原理及接口技術M.北京：電子工業(yè)出版社,2011.3卓立,沈蘭蘇.一種短距離的無線連接技術J.電子技術應用，2001,15(3):7-9.Yang Jie.The Research and Application of the Embedded Wireless Sensor NetworksJ.Micro-ComputeEnformation,2009,67(8):32-38.Xiong N,Svensson P.Multi-sensor management for information fusion issues of approachesJ.Information Fusion,2002,7(3):163-186.Akyildiz I.F.and Su W.and Sankarasubramaniam Y,etc.Wireless sensor net works: a surveyJ.Computer Networks,2002,38(4):393-422.7趙娜，趙剛，于珍珠等.基于51單片機的溫度測量系統(tǒng)J.微計算機信息，2007,48 (2):146-148.8